Energia geotermica

a energía de la Tierra, mejor conocida como energía geotérmica o geotermia,
es una energía renovable, prácticamente inagotable, con una madurez tec-
nológica sólida, limpia, versátil y útil para generar electricidad, entre otras
múltiples aplicaciones.
Debido a que sus emisiones se componen prácticamente de vapor de agua, su uso
no presenta riesgo ambiental para nuestro planeta. Hoy en día, la geotermia re-
presenta el 0.4 por ciento del total de la generación eléctrica mundial, aun
cuando sólo se explotan los sistemas hidrotermales de alta temperatura, que
constituyen una fracción muy pequeña de la inmensa cantidad de
energía disponible en la Tierra.
Sin embargo, estudios científicos recientes re-
lacionados con el desarrollo de técnicas mejoradas
de exploración y explotación para nuevas genera-
ciones de sistemas geotérmicos muestran que, a media-
no plazo, la generación geotermoeléctrica se convertirá
en una pieza clave dentro del abanico energético mun-
dial. El propósito de este artículo es presentar una breve
descripción de las principales características de la geoter-
mia, incluyendo sus beneficios, sus escenarios actuales y futu-
ros de desarrollo, así como las tendencias de investigación que
actualmente se realizan para su desarrollo sustentable.
L
40ciencia • abril-junio 2010
ENERGÍA
GEOTÉRMICA
Édgar Santoyo y Rosa María Barragán-Reyes
Geotermia, se refiere a la energía que se encuentra en el interior de la
Tierra. En México existe un potencial muy alto de recursos geotérmicos
y experiencia en su explotación. Sin embargo, es prioritario seguir con
investigaciones y desarrollo de tecnologías para la ubicación y explota-
ción, sobre todo, de los sistemas de roca seca disponibles en el país.
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A mediano plazo, la generación
geotermoeléctrica se convertirá
en una pieza clave dentro del
abanico energético mundial

G e o t e r m i a
La palabra “geotermia” proviene de los vo-
cablos griegos geo, Tierra; y termos, calor.
Se define como la energía o calor natural
que proviene del interior de la Tierra.
Este calor proviene básicamente del colapso
gravitatorio que formó a la Tierra y de la desin-
tegración radioactiva de elementos radiactivos
como los isótopos de uranio, torio y potasio en
la corteza terrestre. El contenido total de calor
de la Tierra es inmensamente grande, del orden
de 12.6 billones de exajoules (un exajoule equi-
vale a un trillón de joules, unidades en que se
mide la energía); se calcula que la corteza te-
rrestre contiene unos cinco mil 400 millones de
exajoules (Gupta y colaboradores, 2007).
El flujo de calor desde el interior de la Tierra
hacia los estratos superiores de la corteza produ-
ce cambios de temperatura a distintas profun-
didades, conocidos como gradientes geotérmicos
(Torres y colaboradores, 1993). Éstos pueden va-
riar desde valores normales (alrededor de 30 gra-
dos centígrados por kilómetro) hasta unos 200
grados centígrados por kilómetro, en los bordes
Energías alternativas
de las placas tectónicas, donde el deslizamiento de éstas favorece
el ascenso del magma. Este enorme flujo de calor suele calentar
grandes extensiones de roca en la profundidad, donde se forman
depósitos de fluidos calientes (denominados yacimientos hidroter-
males) o sistemas de roca seca caliente (Gallup, 2009).
Con la tecnología actual, sólo los yacimientos hidrotermales
pueden explotarse comercialmente para generar electricidad o pa-
ra aprovechar el calor directamente en otras aplicaciones. La in-
mensa cantidad de energía térmica producida continuamente en
estos sistemas y los largos tiempos geológicos requeridos para su
agotamiento hacen que la geotermia sea considerada como una
fuente alterna de energía, renovable y prácticamente inagotable.
C l a s i f i c a c i ó n
Los sistemas geotérmicos existentes en la Tierra se clasifi-
can, en forma general, con base en la temperatura del flui-
do endógeno que se extrae, o del fluido que se inyecta para
la extracción de calor de la roca. Cuando la temperatura del
fluido es mayor de 200 grados centígrados, se le considera un
recurso de alta entalpía (o alto contenido energético), ideal para
la producción de electricidad con sistemas convencionales de
generación. Si las temperaturas del fluido están en el intervalo
de 100 a 200 grados centígrados, o bien son menores de 100
grados centígrados, se les denomina sistema de mediana o baja
entalpía, respectivamente.
Entre los sistemas geotérmicos más conocidos se tienen a los
siguientes:
a) Sistemas hidrotermales convectivos: Están constituidos por
una fuente de calor, fluidos que constituyen el medio de trans-
porte del calor, roca permeable donde se almacenan los fluidos y
una capa de “roca sello”. Los fluidos se infiltran en la corteza
terrestre a través de poros y fracturas hasta alcanzar un yaci-
miento, donde se almacenan por largo tiempo. La existencia de
estos yacimientos se manifiesta en la superficie por la presencia
de manantiales calientes, fumarolas, géisers, lagunas de lodo hir-
viente o suelos calientes. Estos yacimientos pueden ser de vapor
o líquido dominante de alta temperatura, o de líquido de media-
na o baja temperatura (Figuras 1 y 2).
Para la generación de electricidad, se extraen fluidos bifási-
cos (líquido y vapor) de alta temperatura (más de 200 grados
centígrados) mediante pozos perforados, y se transportan a la su-
perficie para una separación eficiente. El vapor separado se con-
duce hacia turbinas de generación (Figura 3; Flasheo de vapor),
mientras que el agua separada, dependiendo de su temperatura, es
El flujo de calor desde el interior
de la Tierra hacia los estratos
superiores de la corteza produce
cambios de temperatura a
distintas profundidades, conocidos
como gradientes geotérmicos

abril-junio 2010 • ciencia 43
Energía geotérmica
Figura 1.

Figura 2.

prácticamente uniforme en toda la superficie
terrestre, se estima que para el 2050 podrían ob-
tenerse alrededor de cien mil megawatts (millo-
nes de watts, unidad en que se mide la potencia;
Massachusetts Institute of Technology, 2006).
Esta promisoria tecnología se encuentra ya en
fase de investigación y desarrollo con avances
muy importantes; destaca el proyecto demostra-
tivo de Soultz-sous-Forêts, en Francia, con una
planta piloto de 1.5 megawatts.
c) Sistemas geotérmicos geopresurizados: Con-
tienen agua y metano disuelto a alta presión
(unos 700 bar, unidad de presión) y mediana
temperatura (entre 90 y 200 grados centígra-
dos). Actualmente estos recursos no se explo-
tan y se desconoce su existencia en México.
reutilizada en diversas aplicaciones antes de regresarla al sub-
suelo para recargar el sistema y evitar problemas de contamina-
ción del medio ambiente. Por otro lado, los fluidos de mediana
temperatura (menos de 200 grados centígrados) son usados en
plantas de ciclo binario, donde ceden su energía a un fluido
secundario de bajo punto de ebullición para evaporarlo y uti-
lizarlo como vapor para producir electricidad (figura 3; Ciclo
binario).
b) Sistemas geotérmicos de roca seca caliente o “sistemas geotér-
micos mejorados”: Consisten en roca seca a muy alta temperatura
(alrededor de 650 grados centígrados) localizada entre 2 y 4 kiló-
metros de profundidad, y con la característica particular de no
contar con fluidos suficientes en el fondo para transportar el
calor hacia la superficie. Su explotación requiere de la creación
de una red de fracturas en la roca y la inyección de fluidos para
su aprovechamiento. Por su inmenso potencial y su distribución
Figura 3. Plantas geotermoeléctricas convencionales.
Descarga
a la atmósfera
Turbina
Turbina
Pozo de reinyección
Pozo de reinyección
Bomba
Pozo
productor
Aire
Aire y vapor de agua
Pozo
inyector
Flasheo de vapor (25 ó 50 MW) Plantas a boca de pozo (5 MW)
Usos directosPozo
productor
Separador
Yacimiento geotérmico
Caliente Frío Generador
Condensador
Torre de
enfriamiento
Pozo productor
Bomba para enfriamiento
del agua
Intercambiador
de calor
Condensador
Torre de enfriamiento
Separador
Vapor
Vapor
Vapor
Agua
Agua
Agua
Turbina
Ciclo binario (1.5 MW)

gas) con temperaturas de hasta 600 grados centígrados; se han
detectado cerca de Islandia, donde actualmente se investiga la
factibilidad de su explotación (Iceland Deep Drilling Project,
2010). Este tipo de sistemas supercríticos pueden proveer hasta
diez veces más energía que los sistemas geotérmicos convencio-
nales, por lo que, de ser factible su explotación, la capacidad
geotermoeléctrica podría incrementarse en varios órdenes de
magnitud.
E s c e n a r i o s d e g e n e r a c i ó n
g e o t e r m o e l é c t r i c a y u s o s d i r e c t o s
Si bien la energía geotérmica es abundante y renovable,
con la tecnología actual sólo una pequeña fracción de los
recursos mundiales se explota para producir electricidad y
otras aplicaciones directas de calentamiento. La generación
geotermoeléctrica se inició en Italia (en Larderello, Toscana) en
1904, y en México (en la localidad de Pathé, Hidalgo) en 1959.
Actualmente se explota en 24 países para producir electricidad
(Bertani, 2007) y en más de 60 países en usos directos (Lund y
colaboradores, 2005; Figura 4).
d) Sistemas geotérmicos marinos: Se localizan
en el fondo del mar, y se manifiestan como des-
cargas, fumarolas o chimeneas hidrotermales.
Se han identificado en el golfo de California,
en México, con temperaturas hasta de 350 gra-
dos centígrados, y por el momento no se explo-
tan comercialmente.
e) Sistemas geotérmicos magmáticos: Consis-
ten de roca fundida (a unos 800 grados cen-
tígrados) y están asociados con aparatos vol-
cánicos activos. Para extraer el calor de estos
sistemas se han desarrollado algunos proyectos
piloto en Hawaii e Islandia, pero su explota-
ción comercial requiere la búsqueda de mate-
riales adecuados que resistan la corrosión y las
altas temperaturas.
f) Sistemas geotérmicos supercríticos: Se ubi-
can a grandes profundidades (entre 5 y 6 kiló-
metros) y contienen fluidos en estado supercrí-
tico (es decir: a presión y temperatura tal, que
adopta un estado intermedio entre líquido y
Figura 4. Capacidad total geotermoeléctrica isntalada.
MÉXICO
858 MW
Capacidad total instalada en 2009: 10,008 MW
EUA
2958 MW
Guatemala
53 MW
El Salvador
204 MW
Costa Rica
163 MW Nicaragua
87 MW Kenia
129 MW
Etiopía
7 MW
Portugal
23 MW
Islandia
421 MW
Alemania
8 MW
Francia
15 MW
Italia
811 MW
Turquía
38 MW
Rusia
79 MW
Filipinas
1970 MW
Papúa
Nueva Guinea
56 MW
Nueva Zelanda
472 MW
Australia
0.2 MW
Indonesia
992 MW
Japón
535 MW
Tailandia
0.3 MW
China
28 MW
Austria
1 MW

G e n e r a c i ó n g e o t e r m o e l é c t r i c a
m u n d i a l
Actualmente, sólo los sistemas hidrotermales convectivos,
con temperaturas entre 200 y 350 grados centígrados y pro-
fundidades de alrededor de 3 kilómetros, se explotan co-
mercialmente para generar electricidad. En 2007, la capacidad
mundial instalada de generación geotermoeléctrica alcanzó
9 mil 732 megawatts (aproximadamente un 0.4 por ciento de
la generación eléctrica total). Estudios prospectivos indican
que para el 2010 la capacidad instalada alcanzará 11 mil mega-
watts, y que en el 2050 se incrementará hasta 140 gigawatts
(millones de watts), en la medida en que resulte técnica y eco-
nómicamente factible la explotación de los sistemas de roca
seca caliente (Gallup, 2009).
G e n e r a c i ó n g e o t e r m o e l é c t r i c a
e n M é x i c o
México cuenta actualmente con una capacidad geoter-
moeléctrica instalada de 965 megawatts, a través de la
explotación de cuatro campos geotérmicos: Cerro Prieto,
Baja California (720 megawatts); Los Azufres, Michoacán (195
megawatts); Los Humeros, Puebla (40 megawatts); y Las Tres
Vírgenes, Baja California (10 megawatts) (Gutiérrez-Negrín y
colaboradores, 2005; véase Figura 5). Esta producción repre-
senta alrededor del 2.97 por ciento de generación por fuen-
te (datos reportados por la Comisión Federal de Electricidad,
2010), lo cual significa en el contexto mundial que México
ocupa el cuarto lugar en generación geotermoeléctrica, después
de Estados Unidos (2 mil 687 megawatts), Filipinas (mil 970
megawatts) e Indonesia (992 megawatts). En el 2010 se planea
incrementar la capacidad a mil 186 megawatts, con la cons-
trucción de nuevas plantas en Cerro Prieto (100 mega-
watts) y Los Humeros (46 megawatts), así como con el
proyecto reestructurado del campo geotérmico Cerritos
Colorados, Jalisco (75 megawatts). Adicionalmente po-
drían generarse otros 150 megawatts con plantas de
ciclo binario que usen el agua separada de los campos
en explotación. Los costos de generación geotermoeléc-
trica se consideran competitivos a nivel mundial (entre 2 y
10 centavos de dólar americano por kilowatt/hora), mientras
que en México fluctúan entre 3.29 y 4.11 centavos de dólar
americano por kilowatt/hora. Los costos de inversión de pro-
yectos “llave en mano” varían entre 800 y 3 000 centavos de
dólar americano por kilowatt/hora (Gallup, 2009).

vés del uso de bombas de calor geotérmicas, las cuales aprovechan
el gradiente de temperatura del suelo (a profundidades entre
2 y 100 metros), como fuente o sumidero de calor. En invierno
el calor es extraído de la tierra y liberado en el espacio a acon-
dicionar, mientras que en el verano el proceso se invierte. Las
bombas de calor geotérmicas constituyen la aplicación líder de
energías renovables a nivel mundial, por su alta eficiencia y
economía, ya que reducen el consumo de energía en un 30 a
60 por ciento con respecto a los sistemas convencionales de
acondicionamiento.
En México, a pesar de la abundancia de recursos geotérmicos
de mediana y baja temperatura, sus usos directos se han limitado
a la balneología y los tratamientos terapéuticos (Gutiérrez-Ne-
grín y colaboradores, 2005). Se tiene una capacidad instalada de
alrededor de 164.7 megawatts en unos 160 sitios, y una produc-
ción de aproximadamente 12 mil 500 toneladas por hora de agua
U s o s d i r e c t o s d e l a e n e r g í a
g e o t é r m i c a
Los recursos geotérmicos con tempera-
turas de más de 200 grados centígrados
usualmente se aprovechan en aplicaciones
directas. En 2005 se tuvo una producción total
de aproximadamente 28 mil 268 megawatts a
partir de fuentes geotérmicas en 72 países, de
los cuales 52 por ciento fue usado en acondi-
cionamiento térmico de espacios y viviendas,
30 por ciento en balneología (balnearios) y 18
por ciento en aplicaciones térmicas para pro-
cesos industriales y calentamiento de inver-
naderos y estanques. Entre estas aplicaciones
destacan el acondicionamiento térmico de
espacios (viviendas, edificios o distritos) a tra-
Figura 5. Recursos geotérmicos de México.
SIMBOLOGÍA
Anomalías geotérmicas
Campo en explotación
Campo con potencial evaluado

negativos al medio ambiente y a mitigar el ca-
lentamiento global de la Tierra (Kagel y Ga-
well, 2005).
M a d u r e z t e c n o l ó g i c a y
s u s t e n t a b i l i d a d d e l a
e n e r g í a g e o t é r m i c a
La energía geotérmica es una de las ener-
gías renovables con mayor madurez tecno-
lógica y sustentabilidad energética, lo cual
es avalado por los largos tiempos de explota-
ción que han exhibido los campos geotérmi-
cos, sin afectar sus reservas energéticas, como
Larderello, en Italia (alrededor de 100 años);
Los Géiseres, en Estados Unidos (unos 78 años)
y Cerro Prieto, en México (unos 35 años).
P r i n c i p a l e s o b s t á c u l o s
p a r a e l u s o d e l a e n e r g í a
g e o t é r m i c a
Los principales obstáculos que enfrenta la
explotación de la energía geotérmica se
atribuyen a problemas en: 1) las fases de
exploración y desarrollo de nuevos proyectos
geotérmicos, las cuales implican riesgos rela-
tivamente altos por incertidumbre y fuertes
inversiones para lograr la localización correcta
de sitios de interés y la perforación de pozos
con temperaturas de 50 grados centígrados. Otros proyectos pilo-
to han sido desarrollados por la Comisión Federal de Electricidad
para la extracción de fertilizantes, calefacción de oficinas e inver-
naderos y el secado de madera. Además, se ha realizado investi-
gación con bombas de calor operadas con energía geotérmica
residual para refrigeración y purificación de efluentes.
I m p a c t o a m b i e n t a l d e l o s p r o y e c t o s
g e o t e r m o e l é c t r i c o s
Las principales emisiones de las plantas geotermoeléctricas
consisten en vapor de agua, con un contenido mínimo de
gases. Las pequeñas cantidades de dióxido de carbono
(CO2) que se liberan son comparables con las que se emitirían
a la atmósfera por descargas naturales (fumarolas o géiseres),
aun sin el desarrollo de proyectos geotérmicos comerciales.
Dependiendo del tipo de fuente usada, la generación de elec-
tricidad produce emisiones de dióxido de carbono como gas
(453 gramos por kilowatt/hora), hidrocarburos (906 gramos por
kilowatt/hora) y carbón (mil 42 gramos por kilowatt/hora). En
contraste, la geotermia produce entre 13 y 272 gramos de dió-
xido de carbono por kilowatt/hora. Considerando estos fac-
tores, la generación geotermoeléctrica mundial (alrededor de
9 mil 732 megawatts) ha evitado la liberación de 16 millones
de toneladas de dióxido de carbono, 32 mil toneladas de óxi-
dos de nitrógeno (NOx), 78 mil toneladas de óxidos de azufre
(SOx) y 17 mil toneladas de partículas a la atmósfera, si se com-
para con una producción equivalente obtenida de plantas car-
boeléctricas. Debido a este tipo de argumentos, se ha reconoci-
do que la explotación de la geotermia ayuda a reducir impactos

tar la capacidad de generación geotermoeléctrica y diversificar
sus usos directos para garantizar su desarrollo sustentable”, se pro-
pone: 1) promover la aplicación de la energía geotérmica de baja
y mediana temperatura para apoyar programas de ahorro y uso
eficiente de energía en sitios donde se encuentre disponible;
2) lograr que el gobierno reconozca que la energía geotérmica es
una alternativa más para satisfacer la futura demanda de energía;
3) ajustar el precio de la energía generada a partir de fuentes
renovables con respecto al precio de tecnologías convencionales;
4) impulsar la investigación para mejorar la tecnología actual,
especialmente en la perforación de pozos profundos direcciona-
les y el diseño de nuevas plantas de generación/co-generación;
5) preparar recursos humanos altamente especializados para en-
frentar los nuevos retos científicos y tecnológicos de los sistemas
geotérmicos de nueva generación; y 6) educar a la población so-
bre los beneficios directos de la energía geotérmica, entre otras.
direccionales para encontrar la zona de pro-
ducción que asegure el proyecto comercial; y
2) en la fase de explotación, debido a proble-
mas relacionados con la eficiencia de sistemas
de generación/cogeneración, la corrosión e in-
crustación de pozos e instalaciones, y la dispo-
sición de fluidos residuales. Actualmente, in-
vestigadores y especialistas de todo el mundo
trabajan intensamente para proponer nuevas
metodologías y tecnologías mejoradas para so-
lucionar estos problemas. Algunos avances sor-
prendentes ya han sido obtenidos; por ejemplo,
en Alaska, en donde se ha logrado producir
electricidad a partir de fluidos con tempera-
turas de 76 grados centígrados, usando plantas
de ciclo binario más eficientes (Chamorro-
Camazón, 2009).
L í n e a s f u t u r a s d e
i n v e s t i g a c i ó n
Desde el punto de vista técnico y con el
objeto de que “la explotación geotérmica
sea más sustentable, confiable, competiti-
va y rentable” es crucial incrementar las tare-
as de investigación y desarrollo tecnológico
en el corto y mediano plazos para: 1) mejo-
rar los métodos de exploración y explotación
de los sistemas geotérmicos convencionales,
incluyendo el desarrollo de nuevas tecnologí-
as para el aprovechamiento de los sistemas de
roca seca caliente; 2) asimilar o desarrollar
tecnologías para la perforación y construcción
de pozos geotérmicos direccionales; 3) plan-
tear estrategias para el aprovechamiento inte-
gral de los recursos geotérmicos, considerando
la generación de electricidad con plantas con-
vencionales y de ciclo binario, esquemas de
co-generación y usos directos en procesos
en cascada; y 4) optimizar las plantas de gene-
ración mediante la investigación de nuevos
ciclos termodinámicos más eficientes, entre
otras opciones.
Desde el punto de vista de política energéti-
ca, y con el objetivo de “impulsar e incremen-

C o n c l u s i o n e s
La energía geotérmica es un recurso renovable, sustentable,
limpio y seguro que permite la generación de electricidad
de forma continua y confiable, que ahorra en el uso de
combustibles fósiles y contribuye así a diversificar las fuentes
de energía.
La generación geotermoeléctrica tiene un factor de capacidad
(horas anuales de operación frente al total posible) mucho mayor
que otras energías renovables (por ejemplo, la solar o la eólica,
que presentan fuertes dependencias estacionales u horarias). Las
plantas geotermoeléctricas pueden operar continuamente las 24
horas al día y los 365 días al año, excepto por paros necesarios
de mantenimiento.
En México existe identificado un potencial muy alto de recur-
sos geotérmicos y experiencia en su explotación. Sin embargo, es
necesario continuar realizando tareas de investigación y desarro-
llo tecnológico para su óptimo aprovechamiento y, sobre todo,
para identificar y explotar los sistemas promisorios de roca seca
caliente que estén disponibles en el país.
Édgar Rolando Santoyo Gutiérrez es investigador titular del
Centro de Investigación en Energía de la Universidad Nacional Autónoma de
México (UNAM), coordinador de geoenergía y líder de proyectos sobre estu-
dios avanzados de geoquímica, geoquimiometría y simulación de procesos
en sistemas geotérmicos. Es miembro del Sistema Nacional de Investiga-
dores, la Academia Mexicana de Ciencias, la Academia de Ingeniería y la
Academia de Ciencias de Morelos; asimismo, es miembro fundador del
Instituto Nacional de Geoquímica (INAGEQ).
esg@cie.unam.mx
Rosa María Barragán-Reyes es investigadora del Instituto de In-
vestigaciones Eléctricas, Gerencia de Geotermia. Trabaja en el desarrollo de
modelos conceptuales de yacimientos geotérmicos y su respuesta a la explo-
tación. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores, la Academia
Mexicana de Ciencias, la Academia de Ingeniería, la Asociación Geotérmica
Mexicana (de la que fue presidenta en el periodo 2002-2004) y del consejo
directivo de la International Geothermal Association (2004-2010).
rmb@iie.org.mx
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